Анаеробні характеристики дихання, типи та організми



The анаеробне дихання або анаеробна - це метаболічна модальність, де хімічна енергія вивільняється, починаючи з органічних молекул. Кінцевим акцептором електронів всього цього процесу є інша молекула, ніж кисень, наприклад, нітрат-іон або сульфати.

Організми, які представляють цей тип метаболізму, є прокаріотів і називаються анаеробними організмами. Прокаріоти, які суворо анаеробні, можуть жити тільки в середовищах, де немає кисню, оскільки він високотоксичний і навіть летальний.

Деякі мікроорганізми - бактерії і дріжджі - отримують свою енергію через процес ферментації. У цьому випадку процес не вимагає кисневого або електронного ланцюга. Після гліколізу додають кілька додаткових реакцій і кінцевий продукт може бути етиловим спиртом.

Протягом багатьох років промисловість скористалася цим процесом для виробництва продуктів, що представляють інтерес для споживання людьми, таких як хліб, вино, пиво, серед інших..

Наші м'язи також здатні проводити анаеробне дихання. Коли ці клітини піддаються інтенсивним зусиллям, починається процес молочної ферментації, що призводить до накопичення цього продукту в м'язах, створюючи втому.

Індекс

  • 1 Характеристики
  • 2 типи
    • 2.1 Використання нітратів як акцептора електронів
    • 2.2 Використання сульфатів як акцептора електронів
    • 2.3 Використання діоксиду вуглецю як акцептора електронів
  • 3 Ферментація
  • 4 Організми з анаеробним диханням
    • 4.1 Суворі анаероби
    • 4.2 Необов'язкові анаероби
    • 4.3 Організми з здатністю ферментувати
  • 5 Екологічна актуальність
  • 6 Відмінності з аеробним диханням
  • 7 Посилання

Особливості

Дихання - це явище, за допомогою якого енергія отримується у вигляді АТФ, починаючи з різних органічних молекул - переважно вуглеводів. Цей процес відбувається завдяки різним хімічним реакціям, що відбуваються всередині клітин.

Хоча основним джерелом енергії в більшості організмів є глюкоза, інші молекули можуть бути використані для вилучення енергії, наприклад, інших цукрів, жирних кислот або у випадках крайньої потреби, амінокислоти - структурних блоків білків.

Енергія, яку кожна молекула здатна вивільняти, кількісно визначається в джоулях. Маршрути або біохімічні шляхи розвитку організмів для деградації цих молекул залежать в основному від наявності або відсутності кисню. Таким чином, ми можемо класифікувати дихання на дві великі групи: анаеробні та аеробні.

В анаеробному диханні існує ланцюг транспортування електронів, який генерує АТФ, а кінцевий акцептор електронів - це органічна речовина, таке як нітрат-іон, сульфати, серед інших.

Важливо не плутати цей тип анаеробного дихання з ферментацією. Обидва процеси не залежать від кисню, але в останньому немає транспортного ланцюга електронів.

Типи

Існує кілька шляхів, за допомогою яких організм може дихати без кисню. Якщо немає електронного транспортного ланцюга, то окислення органічної речовини буде пов'язане зі зменшенням інших атомів джерела енергії в процесі ферментації (див. Нижче).

У випадку, якщо є конвеєрна ланцюг, кінцевий акцепторний електронний папір може бути прийнятий різними іонами, серед яких нітрат, залізо, марганець, сульфати, вуглекислий газ, серед інших..

Електронно-транспортна ланцюг є системою реакцій окислювального відновлення, що призводить до отримання енергії у вигляді АТФ, модальністю якої називається окисне фосфорилювання..

Ферменти, що беруть участь у процесі, знаходяться всередині бактерій, прикріплених до мембрани. Прокаріоти мають такі інвагінації або везикули, які нагадують мітохондрії еукаріотичних організмів. Ця система широко варіюється серед бактерій. Найбільш поширеними є:

Використання нітратів як акцептора електронів

Велику групу бактерій з анаеробним диханням каталізують як бактерії, що знижують вміст нітратів. У цій групі кінцевим акцептором ланцюга транспорту електрона є іон NO3-.

У межах цієї групи існують різні фізіологічні модальності. Редуктори нітратів можуть бути респіраторного типу, де іон NO3- буває НІ2-; може бути денитрифицирующим, де згаданий іон йде на N2, або асимілюючого типу, де іон, що розглядається, стає NH3.

Донорами електронів можуть бути піруват, сукцинат, лактат, гліцерин, NADH, серед інших. Репрезентативним організмом цього метаболізму є добре відома бактерія Escherichia coli.

Використання сульфатів як акцептора електронів

Тільки кілька видів строгих анаеробних бактерій здатні приймати іон сульфату і перетворювати його в S2- і води. Для реакції використовують кілька субстратів, серед яких найбільш поширені молочна кислота і чотиривуглецеві дикарбонові кислоти..

Використання діоксиду вуглецю в якості акцептора електронів

Археї - це прокаріотичні організми, які зазвичай мешкають в екстремальних регіонах і характеризуються особливими метаболічними шляхами.

Одним з них є архея, здатна виробляти метан, і для досягнення цього вони використовують вуглекислий газ як остаточний акцептор. Кінцевим продуктом реакції є газ метан (СН4).

Ці організми тільки населяють дуже специфічні ділянки екосистем, де концентрація водню є високою, оскільки вона є одним з елементів, необхідних для реакції - як низу озер, так і травного тракту деяких ссавців..

Ферментація

Як ми вже згадували, ферментація - це метаболічний процес, який не вимагає наявності кисню. Зазначимо, що він відрізняється від анаеробного дихання, згаданого в попередньому розділі, через відсутність ланцюга переносу електронів.

Ферментація характеризується процесом, який виділяє енергію з цукрів або інших органічних молекул, не вимагає кисню, не потребує циклу Кребса або ланцюга транспортування електронів, його кінцевий акцептор є органічною молекулою і виробляє невеликі кількості АТФ - один або два.

Як тільки клітина завершила процес гліколізу, вона отримує дві молекули піровиноградної кислоти для кожної молекули глюкози.

У випадку, якщо немає доступності кисню, клітина може вдатися до генерації деякої органічної молекули, щоб генерувати NAD+ або NADP+ що може ввести інший цикл гліколізу.

Залежно від організму, який здійснює ферментацію, кінцевим продуктом можуть бути молочна кислота, етанол, пропіонова кислота, оцтова кислота, масляна кислота, бутанол, ацетон, ізопропіловий спирт, бурштинова кислота, мурашина кислота, бутандіол, серед інших.

Ці реакції також зазвичай пов'язані з виділенням молекул діоксиду вуглецю або дигідрогену.

Організми з анаеробним диханням

Процес анаеробного дихання характерний для прокаріотів. Ця група організмів характеризується відсутністю справжнього ядра (відокремленого біологічною мембраною) і субклітинних відсіків, таких як мітохондрії або хлоропласти. У межах цієї групи є бактерії і археї.

Суворі анаероби

Мікроорганізми, які летально уражені присутністю кисню, називаються строгими анаеробами, такими як гендер Клостридій.

Володіючи метаболізмом анаеробного типу, ці мікроорганізми дозволяють колонізувати екстремальні середовища, які не мають кисню, де аеробні організми не можуть жити, наприклад, дуже глибокі води, грунти або травний тракт деяких тварин.

Факультативні анаероби

Крім того, існують деякі мікроорганізми, здатні чергуватися між аеробним та анаеробним метаболізмом, залежно від ваших потреб та умов навколишнього середовища..

Однак є бактерії зі строгим аеробним диханням, які можуть тільки рости і розвиватися в багатих киснем середовищах.

У мікробіологічних науках знання про тип метаболізму є характером, який допомагає ідентифікувати мікроорганізми.

Організми з здатністю ферментувати

Крім того, існують інші організми, здатні виконувати дихальні шляхи без потреби в кисневому або конвеєрному ланцюжку, тобто вони ферментують.

Серед них ми знаходимо деякі види дріжджів (Saccharomyces), бактерії (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Escherichia, Salmonella, Enterobacter) і навіть власні м'язові клітини. Під час процесу кожен вид характеризується виділенням іншого продукту.

Екологічна актуальність

З точки зору екології, анаеробне дихання виконує трансцендентні функції в екосистемах. Цей процес відбувається в різних місцях проживання, таких як морські відкладення або органи прісної води, глибокі грунтові середовища, серед інших..

Деякі бактерії приймають сульфати з утворенням сірководню і використовують карбонат для утворення метану. Інші види здатні використовувати нітратний іон і зводити його до нітритного іона, закису азоту або газу азоту.

Ці процеси життєво важливі в природних циклах, як для азоту, так і для сірки. Наприклад, анаеробний шлях є основним шляхом, за яким фіксується азот і здатний повертатися в атмосферу у вигляді газу.

Відмінності з аеробним диханням

Найбільш очевидною відмінністю між цими двома метаболічними процесами є використання кисню. У аеробіці ця молекула діє як кінцевий акцептор електронів.

Енергетично аеробне дихання є набагато вигіднішим, оскільки вивільняє значну кількість енергії - близько 38 молекул АТФ. Навпаки, дихання за відсутності кисню характеризується значно меншою кількістю АТФ, яка широко варіюється в залежності від організму.

Продукти екскреції також змінюються. Аеробне дихання закінчується виробництвом вуглекислого газу і води, а в аеробних - проміжні продукти - такі як молочна кислота, спирт або інші органічні кислоти, наприклад.

З точки зору швидкості, аеробне дихання займає набагато більше часу. Таким чином, анаеробний процес є швидким джерелом енергії для організмів.

Список літератури

  1. Baron, S. (1996). Медична мікробіологія 4-е видання. Медичний відділ Техаського університету в Галвестон.
  2. Беккет, Б. С. (1986). Біологія: сучасне введення. Oxford University Press, США.
  3. Fauque, G. D. (1995). Екологія сульфатредукуючих бактерій. В Бактерії, що знижують вміст сульфатів (стор. 217-241). Springer, Boston, MA.
  4. Soni, S. K. (2007). Мікроби: джерело енергії для 21-го століття. Видавництво Нової Індії.
  5. Райт, Д. Б. (2000). Фізіологія людини і здоров'я. Хайнеманн.